CN1333600C

CN1333600C - 数字电视地面广播混合传输系统的信道编码方法

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Publication number: CN1333600C
Application number: CNB2004100299109A
Authority: CN
Inventors: 徐友云; 张文军; 孙军; 王匡; 葛建华
Original assignee: Shanghai Jiaotong University; Zhejiang University ZJU; Xidian University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University; Zhejiang University ZJU; Xidian University
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2024-03-29
Also published as: CN1638478A

Abstract

本发明公开了数字电视地面广播混合传输系统的一种信道编码方法。本发明的数字电视地面广播系统以多种不同码率传输模式传输不同业务，其信道编码方法以扰码、二维TPC编码、比特交织和符号映射为基础，并根据不同码率传输模式的实际需要进行适当调整。本发明针对传统卷积编码纠错能力有限、编码效率低的缺陷，结合优秀的TPC编码技术，使得系统可以在较高的编码效率情况下，仍然保持相当强的纠错能力，有利于提高频谱利用率；可提供更好的抗衰落性能，并能较大的改善BER-SNR性能曲线的误码平层效应。同时针对不同的传输模式，进行不同的编码组合，充分挖掘编码之间的匹配得到更强的纠错能力。

Description

数字电视地面广播混合传输系统的信道编码方法

技术领域本发明属于数字信息传输领域，涉及信道编码方法，具体涉及数字电视地面广播混合传输系统中的信道编码方法。

背景技术现代数字电视广播有多种传输方式，根据传输介质的不同，主要的三种是地面无线广播、有线电缆广播和卫星广播。根据清晰度需求不同，数字电视可分为高清晰度电视和标准清晰度电视。根据应用场合不同，可分为固定接收视频业务、移动便携接受视频业务、以及高速移动接受视频和数据业务等。到目前为止，以数字图象压缩处理为基础的数字电视编码标准已经基本成熟，但以编码与调制为基础的数字电视传输标准仍然在不断的完善之中。

地面无线传输信道是一个非常复杂的传输信道，无论固定接收还是移动接收，都面临严重的多径干扰和其它衰落因素影响。所以，信号经过信道传输以后，将不可避免地出现错码现象。在恢复图象之前，必须将这些可能出现的错码纠正过来，信道纠错编译码就是非常有效的手段之一。信道编码实际上是通过加入一定的冗余信息作为传输的辅助信息，对抗信道衰落和其他干扰，来保证数据的可靠传输。信道编码是反映系统纠错能力的一个技术核心，编码效率与纠错能力是一对需要统一的矛盾。根据不同的运营业务的需要，选择对应的数据码率，并对该业务流提供相应的信道编码保护。由于运营业务不同，相应的传输码率不同，对应的信道衰落情况也各不相同：比如高清视频固定接收业务的传输码率要求高，但固定接收的信道衰落不随时间变化，因此可以选择编码效率高，纠错性能相对要求少的信道编码方式；而对应标清视频或数据的移动接收业务的传输码率不高，但移动接收情况下的信道非常恶劣，并且随时间和地点迅速变化，因此可以选择编码效率较低，纠错能力强的信道编码方式。

数字电视地面广播传输目前已经形成并被认可的标准共有3个，分为两大类：采用单载波调制技术的美国的ATSC 8VSB；采用多载波调制技术的欧洲的DVB-TCOFDM和日本的ISDB-T。各标准当初设计时考虑的条件不同，因此系统采用的编码结构也各不相同。

美国的ATSC 8VSB系统，是针对固定接收设计的单传输模式。参见图1，信道编码系统为扰码、Reed-Solomon(207，187)编码、卷积字节交织、格型编码，插入辅助信息后符号映射。

欧洲的DVB-TCOFDM有多种传输模式。参见图2，信道编码系统为扰码、外码(RS(208，188))、外交织(卷积字节交织)、内码(截断卷积编码)、复用后内交织(比特交织+符号交织)、符号映射。两种传输优先级(可以对应为相同内容两种清晰度业务)的数据经过各自的外码编码、外交织、内码编码，然后进行数据流复用，再一起经过内交织和符号映射。DVB-T是多载波传输体系。由于多载波块传输的特点，DVB-T将两种业务的数据对应到星座图的不同的星座点上：高优先级对应信道编码纠错能力强；低优先级对应信道编码纠错能力弱。

参见图3，日本的ISDB-T的信道编码系统为外码RS(204，188)、TS流分接后每层(传输模式)的扰码、外交织(卷积字节交织)、内码(截断卷积编码)、符号映射。不同业务的数据流复接后经过相同的外码编码，然后被分成对应各业务的数据子流。各数据子流分别经过各自的扰码、外交织、内码和符号映射，再对应到相应的子载波位置上。

本申请人设计的高级数字电视地面广播系统(ADTB-T)，也采用单载波体制，传输三种不同业务：电视信号固定接收(简称固定业务)、电视信号移动接收(简称移动业务)和数据信号移动接收(简称数据业务)。与单一传输模式的ATSC系统不同，由于要考虑不同运营业务的混合传输需求，ADTB-T系统采用多模式传输：固定接收业务采用高码率传输模式；移动接收业务采用中码率或者低码率传输模式；数据业务采用低码率传输模式。因此，需要针对不同码率的传输模式设计相应的信道编码方法，以尽可能提高混合传输系统的性能。

发明内容本发明的目的在于，针对不同码率的传输模式，为数字电视地面广播混合传输系统提供信道编码组合方案，以提高数字电视混合传输系统的性能。

本发明针对传输三种业务的ADTB-T系统。固定业务的传输码率要求高，但固定接收的信道衰落不随时间变化，因此可以选择编码效率高，纠错性能相对要求少的信道编码方式；移动业务的传输码率不高，但移动接收情况下的信道非常恶劣，并且随时间和地点迅速变化，因此需要选择编码效率较低，纠错能力强的信道编码方式；数据业务要求非常高的传输准确性，即便牺牲编码效率，也要选择纠错能力强的信道编码方式。

Turbo乘积码(即TPC)，是采用软输入软输出(SISO)迭代译码的乘积码，是传统Turbo码技术(PCCC)的一种延伸。与传统的Turbo码技术相比，TPC码可以在较高的编码效率(比如R＞2/3)情况下，仍然保持相当强的纠错能力，有利于提高频谱利用率，可提供更好的抗衰落性能，并能较大的改善BER-SNR性能曲线的误码平层效应。这些性能均优于传统的Turbo码，以及传统的卷积编码(包括TCM)。因此，尽管现有的美国、日本和欧洲的数字电视地面传输标准都采用不同码率的卷积码进行内码编码，本发明内码编码采用TPC编码。

二维TPC(M₂，M₁；N₂，N₁)编码是这样的：输入的串行数据信息比特流按比特为单位，逐行进入TPC编码矩阵，每行M₁比特，共N₁行，形成一个N₁行M₁列的输入数据信息比特矩阵(M₁×N₁)；然后经行、列扩展汉明编码形成N₂行M₂列的二维TPC(M₂×N₂)编码输出矩阵块。

本发明信道编码方法以扰码、二维TPC编码、比特交织和符号映射为基础，并根据不同码率传输模式的实际需要进行适当调整：

在高码率传输模式下，对输入MPEG II的TS数据信息流的处理依次采用输入缓冲、扰码、二维TPC编码、比特交织，然后进行16-OQAM或32-OQAM符号映射以及插入预置信息和系统信息，最后进行导频插入和调制；

在中码率传输模式下，对输入MPEGII的TS数据信息流的处理依次采用输入缓冲、扰码、RS编码、字节卷积交织、二维TPC编码、比特交织，然后进行4-OQAM符号映射以及插入预置信息和系统信息，最后进行导频插入和调制；

在低码率传输模式下，对输入MPEG II的TS数据信息流的处理依次采用输入缓冲、扰码、RS编码、字节卷积交织、二维TPC编码、比特交织、NR(16，8)编码，然后进行4-OQAM符号映射以及插入预置序列和系统信息，最后进行导频插入和调制。

Nordstrom-Robinson码(简称NR码)是一种高效实用的非线性码。比如，NR(16，8，6)码字的码率为1/2，最小汉明距离为6，可以纠正2个错误。它的构成有多种方式，本发明使用的是它的一种系统形式。NR(16，8)码具有较好的相关特性，码字集中的每一个码字与256个码字进行同步相关产生的256个相关输出中有1个最大相关输出16，1个最小相关输出-16，有30个相关输出为0，其他相关值为+4或-4。二维TPC编码与NR码的结合可以采用串行级联方式，也可以采用三维级联方式，分别见本申请人已经提出申请的专利200410006170.7和200410006173.0。

各传输模式可以以数据帧为最小混合单元进行混合传输。

在高码率传输模式下，为了进一步提高系统传输的可靠性，可以在TPC编码之前加入循环冗余校验CRC(Cyclic Redundancy Check)。CRC校验是由分组线性码的分支而来，其主要应用是二元码组。编码简单且误判概率很低，在通信系统中得到了广泛的应用。CRC校验可以100％地检测出所有奇数个随机错误和长度小于等于J(J为g(x)的阶数)的突发错误。CRC的生成多项式的阶数越高，那么误判的概率就越小。CRC对信源解码过程也起重要作用，信源解码可以根据TS包的CRC校验位是否出错决定是否要将此包丢弃。

在低码率传输模式下，为提高NR码的抗错能力，在NR编码与4-OQAM符号映射之间可以增加一级符号交织处理。NR码之后的符号交织采用块交织的方式，交织深度为M个NR码字。每一个NR码字有16比特，M个NR码字按照行的顺序写入RAM，然后再按照列的顺序读出每个比特(1个比特映射1个符号)，即实现了交织。在实际中，M可以为0、2、4、6或者8。

本发明针对传统卷积编码纠错能力有限、编码效率低的缺陷，结合优秀的Turbo乘积码技术，使得系统可以在较高的编码效率(比如R＞2/3)情况下，仍然保持相当强的纠错能力，有利于提高频谱利用率；可提供更好的抗衰落性能，并能较大的改善误比特率-信噪比(BER-SNR)性能曲线的误码平层效应。同时针对不同的传输模式，进行不同的编码组合，充分挖掘出编码之间的匹配、得到更强的纠错能力。

以下结合附图和实施例进一步描述本发明。

附图说明图1为美国ATSC 8VSB的信道编码结构。

图2为欧洲DVB-T COFDM的信道编码结构。

图3为日本ISDB-T的信道编码结构。

图4为本发明对应的ADTB-T系统的信道编码结构。

图5为二维TPC(M₂，M₁；N₂，N₁)编码矩阵。

图6为K＝128个TPC块比特块交织。

图7为NR编码后的符号交织。

图8为扰码产生方式。

具体实施方式图4为本发明对应的ADTB-T系统的信道编码结构。在高码率传输模式下，对输入MPEG II的TS数据信息流的处理依次采用输入缓冲、扰码、对TS流中的MPEGII包进行CRC循环校验，加入CRC校验位后的数据字节转换成比特流后进入内码编码器，进行二维TPC编码和K个TPC块的块间比特交织，K取为32、64、128或256；然后进行16-OQAM或32-OQAM符号映射到对应的信号电平，插入预置信息和系统信息，最后进行导频插入和调制。

在中码率传输模式下，对输入MPEGII的TS数据信息流的处理依次采用输入缓冲、扰码、以TS流中的MPEG II包为单位进行RS编码和字节卷积交织；交织输出进入内码编码器进行二维TPC编码和K个TPC块的块间比特交织，K取为32、64、128或256；然后进行4-OQAM符号映射到对应的信号电平，插入预置信息和系统信息，最后进行导频插入和调制。

在低码率传输模式下，对输入MPEGII的TS数据信息流的处理依次采用输入缓冲、扰码、以TS流中的MPEG II包为单位进行RS编码和字节卷积交织；交织输出进入内码编码器进行二维TPC编码和K个TPC块的块间比特交织，K取为1、4、8、16、32或64；经过NR(16，8)编码之后，再进入符号交织器(可选)，交织深度为0、1、2、4、8、16、32、64或者128个NR块，即0、16、32、64、128、256、512、1024或者2048个符号，符号交织输出进行4-OQAM符号映射到对应的信号电平，插入预置信息和系统信息，最后进行导频插入和调制。

其中，扰码使用15比特的移位寄存器产生，其产生方式见图8。其产生公式是X¹⁵+X¹⁴+X¹³+X¹²+X¹⁰+X⁹+X⁸+X⁷+X⁶+X⁵+X⁴+X³+X²+X+1，预设值为000 000 000 000001。扰码对TS流中的MPEG包的同步头47H不做处理。扰码出输入的数据时钟驱动，扰码每一个输入数据时钟产生8比特的输出，该8比特输出与输入的8比特数据进行异或操作后形成随机化后的8比特信号并行输出；

中、低码率传输模式下，RS码根据TS码流的传输数据结构取其截短码，本实施例取为RS(200，188，T＝6)，RS编码效率为0.94；B行M阶字节卷积交织器与RS码级联用于对抗传输过程中的突发错误，本实施例取为B＝200，M＝4；

高码率传输模式下，CRC校验可以通过如下方法添加校验位：以每2个TPC编码之前的TPC数据块为1个单元进行CRC校验，每个单元包含19个MPEG-II TS流中的MPEG-II包；首先，对第1个TPC块的前9个输入的MPEG-II包进行CRC校验，每个包添加8位校验比特，然后对第10个MPEG-II包的前94个字节进行CRC校验，也添加8位校验比特，最后对添加校验位后的第1个TPC块进行CRC校验，添加32位校验比特；接下来，先对第2个TPC块的前半个MPEG-II包进行CRC校验，添加8位校验比特，然后对后续的9个MPEG-II包进行CRC校验，每个包也添加8位校验比特，最后对添加校验位后的第2个TPC块进行CRC校验，添加32位校验比特。8位校验比特的生成多项式为：G(x)＝x⁸+x⁵+x⁴+1，32位校验比特的生成多项式为：G(x)＝x³²+x²⁶+x²³+x²²+x¹⁶+x¹²+x¹¹+x¹⁰+x⁸+x⁷+x⁵+x⁴+x²+x+1；

图5为二维TPC(M₂，M₁；N₂，N₁)编码矩阵，编码器对输入的M₁×N₁位的信息比特按照图中的结构分别在横向和纵向进行扩展汉明编码。本实施例中，M₂＝N₂＝128，M₁＝N₁＝120，TPC的编码效率为0.879；

二维TPC编码后的块间比特交织，每次有K个TPC编码后的数据块TPC(M₂×N₂)参与比特交织。交织输出时，按照TPC块的顺序(1～K)依次输出每个TPC块的相同位置上的1个比特数据，每个TPC块内的数据按对角线顺序输出；本实施例中，高、中码率传输模式下，K取为128，低码率传输模式下，K取为8；

本实施例中，低码率传输模式下，二维TPC编码与NR码的结合采用串行级联方式，从TPC编码器输出的串行比特流再进行NR(16，8，6)编码，NR编码效率为0.5；NR码之后的符号交织采用块交织的方式，交织深度为4个NR码字。每一个NR码字有16比特，4个NR码字按照行的顺序写入RAM，然后再按照列的顺序读出每个比特，即实现了交织。图7为k个NR码字进行符号交织的读、写示意图；

OQAM符号映射采用格雷映射到对应的信号电平。

以上通过附图和实施例对本发明进行了详细描述，但不应理解为对本发明的限制。显然，基于本发明思路，可以改变某些参数，从而形成另外的信道编码组合，但都属于本发明保护范围。

Claims

1.数字电视地面广播混合传输系统的信道编码方法，所述混合传输系统包含高、中、低三种码率传输模式；

在高码率传输模式下，对输入MPEGII的TS数据信息流的处理依次采用输入缓冲、扰码，对TS流中的MPEGII包进行CRC循环校验，二维TPC编码、比特交织，然后进行16-OQAM或32-OQAM符号映射以及插入预置信息和系统信息，最后进行导频插入和调制；

在低码率传输模式下，对输入MPEGII的TS数据信息流的处理依次采用输入缓冲、扰码、RS编码、字节卷积交织、二维TPC编码、比特交织、NR(16，8)编码，然后再进行4-OQAM符号映射以及插入预置序列和系统信息，最后进行导频插入和调制；其特征在于：

所述在高码率传输模式下，CRC循环校验位的添加方法为：

以每2个TPC编码之前的TPC数据块为1个单元进行CRC校验，每个单元包含19个MPEG-II TS流中的MPEG-II包，

首先，对第1个TPC块的前9个输入的MPEG-II包进行CRC校验，每个包添加8位校验比特，

然后对第10个MPEG-II包的前94个字节进行CRC校验，也添加8位校验比特，

最后对添加校验位后的第1个TPC块进行CRC校验，添加32位校验比特；

接下来，先对第2个TPC块的前半个MPEG-II包进行CRC校验，添加8位校验比特，

然后对后续的9个MPEG-II包进行CRC校验，每个包也添加8位校验比特，

最后对添加校验位后的第2个TPC块进行CRC校验，添加32位校验比特；

8位校验比特的生成多项式为：G(x)＝x⁸+x⁵+x⁴+1，32位校验比特的生成多项式为：

G(x)＝x³²+x²⁶+x²³+x²²+x¹⁶+x¹²+x¹¹+x¹⁰+x⁸+x⁷+x⁵+x⁴+x²+x+1。

2.根据权利要求1所述的信道编码方法，其特征在于：所述比特交织在编码后K个TPC块之间进行，

高码率传输模式下，所述K值取为32、64、128或者256；

中码率传输模式下，所述K值取为32、64、128或者256；

低码率传输模式下，所述K值取为1、4、8、16、32或者64。

3.根据权利要求1所述的信道编码方法，其特征在于：中、低码率传输模式下，所述RS编码采用截短的RS(200，188)，T＝6，RS编码效率为0.94；所述字节卷积交织采用200行4阶卷积交织器。

4.根据权利要求2或3所述的信道编码方法，其特征在于：高、中码率传输模式下，所述K值取为128；低码率传输模式下，所述K值取为8。